Станція очищення стічних вод для обробки металу замінила занурювальний нагрівач із PTFE потужністю 6 кВт лише через п’ять місяців. Нагрівач був встановлений у вирівнювальному резервуарі об’ємом 15 000- літрів, який отримував промивну воду з ліній покриття, фосфатування та анодування. У резервуарі було 3–5% завислих речовин – гідроксидів металів, осаду фосфату кальцію та залишкового піску. На поверхні нагрівача був товстий нерівний шар відкладень із вбудованими частинками. Опір ізоляції впав нижче 20 МОм.
Стічні води з високим- вмістом твердих речовин принципово відрізняються від ванн із чистим покриттям. Рідина – це не розчин-це суспензія. Тверді частинки осідають, осідають і накопичуються на нагрітих поверхнях. Термічні та механічні вимоги до занурювального нагрівача з PTFE в цьому середовищі вимагають підходу до проектування, який враховує концентрацію твердих частинок, розподіл частинок за розміром, швидкість осідання та метод очищення, доступний на заводі.
Чому зважені тверді речовини змінюють рівняння теплопередачі
Зважені частинки впливають на теплообмін двояко. По-перше, вони підвищують ефективну в'язкість рідини, потовщуючи тепловий прикордонний шар на поверхні нагрівача. По-друге, вони осідають безпосередньо на нагрівачі, утворюючи пористий, нерівний шар, який додає тепловий опір і створює локальні гарячі точки під більш товстими відкладеннями.
Швидкість осадження залежить від концентрації частинок, швидкості потоку в нагрівачі та різниці температур між нагрівачем і масою рідини. Висока температура поверхні нагрівача збільшує осадження, сприяючи осадженню розчинених речовин і змушуючи частки сильніше прилипати до гарячої поверхні.
| Концентрація завислих речовин | Відносна в'язкість | Швидкість осадження на нагрівачі | Час до шкали 2 мм | Безпечна щільність |
|---|---|---|---|---|
| <0.1% (clean water) | 1.0× | Дуже низький | >12 місяців | 1,5–2,0 Вт/см² |
| 0,5–1,0% (легкі тверді речовини) | 1.1–1.3× | Низький | 6–10 місяців | 1,2–1,4 Вт/см² |
| 2–3% (помірні тверді речовини) | 1.3–1.8× | Помірний | 3–5 місяців | 0,9–1,1 Вт/см² |
| 4–6% (важкі тверді речовини) | 1.8–2.5× | Високий | 6-10 тижнів | 0,6–0,8 Вт/см² |
Швидкість осадження з резервуарів для очищення стічних вод, які отримують змішане покриття та промивну воду для фосфатування
Вертикальний чи горизонтальний монтаж у високих-сухих умовах
Орієнтація нагрівача визначає, чи тверді частинки осідають на поверхні чи зісковзують. Горизонтально встановлений нагрівач представляє велику поверхню,-свернену догори, де частинки накопичуються під дією сили тяжіння. Шар відкладень зростає зверху вниз, і найтовщі накопичення відбуваються на верхній поверхні, де потік найменший.
Вертикально встановлений обігрівач має менший горизонтальний-розріз. Тверді речовини, які осідають на верхній частині фланця або на горизонтальних опорних елементах, не покривають всю нагріту поверхню. Вертикальна поверхня нагрівача зазнає переважно осадження-під дією зсуву, а не осідання під дією сили тяжіння. Польові дані з резервуарів для стічних вод показують, що вертикально встановлені нагрівачі накопичують на 40–60% менше відкладень за той самий період експлуатації порівняно з горизонтальними установками.
| Монтажна орієнтація | Накопичення депозиту | Частота очищення | Кращий додаток |
|---|---|---|---|
| Горизонтально,-спрямовано вгору | Високий | часті | Не рекомендується |
| Горизонтально, звернено-донизу | Помірний | Помірний | Обмежений простір |
| Вертикальний, паралельний течії | Низький | Нечасто | Більшість додатків |
| Вертикальний, перпендикулярний потоку | Помірний | Помірний | Резервуари з високим-потоком |
Орієнтація монтажу та її вплив на накопичення відкладень
Оздоблення поверхні та ефекти геометрії нагрівача
Гладка полірована поверхня PTFE знижує міцність адгезії відкладених твердих частинок. Частинки, які міцно з’єднуються з шорсткою поверхнею, зісковзують легше, коли швидкість потоку збільшується під час циклів змішування або очищення резервуара. Поліровані поверхні подовжують інтервал між очищеннями на 30–50% у разі використання з високим -сухим вмістом порівняно зі стандартною поверхнею.
Діаметр нагрівача також має значення. Оболонка з більшим-діаметром має нижче співвідношення-площі-до-об’єму, що зменшує загальну поверхню, доступну для осадження на одиницю наданої потужності. Але більший діаметр також означає меншу площу поверхні для заданої довжини, що вимагає довшого нагрівача або більшої щільності ват для досягнення тієї самої потужності.
Стратегії перемішування та очищення резервуарів із-твердими речовинами
Переривчасте високо{0}}швидкісне змішування ефективніше, ніж безперервне низько{1}}перемішування для роботи з високим-сухим вмістом. Періодичне підвищення швидкості потоку в нагрівачі до 0,5–0,8 м/с очищає пухкі відкладення до того, як вони затвердіють у міцний шар. Цього можна досягти за допомогою едуктора, -керованого таймером, або спеціального змішувального насоса, який циклічно вмикається на 5–10 хвилин щогодини.
Для хімічного очищення на місці потрібен миючий розчин, який розчиняє певний склад відкладень. Накип гідроксиду металу реагує на розведену кислоту. Відкладення фосфату кальцію вимагають хелатного агента або м’якої кислоти. Графік очищення, заснований на результатах перевірок-а не фіксований календар-запобігає досягненню відкладень товщиною, що призводить до зниження температури поверхні нагрівача.
| Метод очищення | Ефективність щодо гідроксидів металів | Ефективність на фосфатних шкалах | Ризик для PTFE | Рекомендований інтервал |
|---|---|---|---|---|
| Циркуляція розведеної HCl | Високий | Помірний | Низький | 4–8 тижнів |
| Замочування сульфамінової кислоти | Помірний | Високий | Низький | 6-10 тижнів |
| Хелатування ЕДТА | Помірний | Високий | Низький | 8-12 тижнів |
| Струмінь води-під високим тиском | Високий | Помірний | Помірний | 8-12 тижнів |
| Механічна щітка | Високий | Високий | Високий | Не рекомендується |
Рекомендації щодо методу очищення очисних споруд із зануреними нагрівачами з PTFE
Практичні етапи специфікації для стічних вод із високим-твердим вмістом
Почніть з характеристики твердих тіл. Загальна концентрація завислих речовин, розподіл частинок за розмірами та мінеральний склад визначають швидкість осадження та необхідний метод очищення. Простий гравіметричний аналіз і огляд хімічних процесів на початку процесу надають більшу частину необхідної інформації.
Виберіть щільність у Ватах із фактичної концентрації твердих речовин. Для 2–3% завислих твердих речовин доречним є обмеження 0,9–1,1 Вт/см². Понад 4% твердих речовин зменшити до 0,6–0,8 Вт/см². Ці значення передбачають вертикальне встановлення та періодичне високо{10}}швидкісне змішування. Горизонтальний монтаж вимагає додаткового зменшення на 20–30%.
Вкажіть поліровану поверхню нагрівача. Додаткові витрати невеликі, а інтервал очищення суттєвий. Переконайтеся, що резервуар має достатню глибину для вертикального монтажу з принаймні 75 мм рідинного покриття над нагрітою секцією. Якщо глибини недостатньо, розгляньте декілька коротших обігрівачів, а не один довгий блок.
Встановіть моніторинг потоку та-відсікач високої температури. При роботі з високим -твердим вмістом засмічений фільтр або несправний змішувальний насос може знизити швидкість потоку нижче безпечного порогу протягом кількох годин. Перемикач потоку та обмеження температури поверхні нагрівача на 15–20 градусів вище нормальної робочої температури забезпечують захист від швидкого перегріву, який слідує за втратою потоку.
Коли стандартні нагрівачі не можуть витримати навантаження твердих речовин
Резервуари для очищення стічних вод із високою концентрацією твердих частинок і обмеженим периферійним простором часто не можуть вмістити стандартні занурювальні нагрівачі PTFE із щільністю ват, яка запобігає швидкому забрудненню. Навантаження 6 кВт при 0,8 Вт/см² потребує 7500 см² поверхні нагрівача-більше, ніж один нагрівач із типовими розмірами бака.
Спеціальна конфігурація занурювального нагрівача з PTFE з великою площею поверхні, низькою щільністю ват і полірованою поверхнею усуває основну причину забруднення,-пов’язаного з твердими речовинами. Процес специфікації вимагає концентрації зважених твердих частинок, характеристик частинок, розмірів бака, методу змішування та необхідної потужності. Для об’єктів із кількома резервуарами для очищення стічних вод цей-спеціальний підхід зменшує-пов’язане з відкладеннями перегрівання та подовжує інтервал між необхідними очищеннями.
